GPIO-Schutz mit simplen Dioden oder LEDs?

[Gnom67]

Es geht mir nicht um alternative Lösungen - die kenne ich zur Genüge.

Meine Frage ist, ob eine LED/Diode (Spannungsabfall >= ~1,6 V) den Eingang eben durch diesen Spannungsabfall hinreichend Schützt, wenn ich 5 V dran hänge. (5 V minus 1,6 Volt = 3,4 Volt = ungefährlich???)

Vor allem geht es mir um Fälle, wo "Geräte" mit 5 V laufen, aber an 3,3-V-GPIOs angeschlossen werden. Manche dieser Geräte haben bereits eine LED (z. B. eine Status-LED), die genau so wie von mir beschrieben im Signalkreis liegen. Meine Frage ist schlicht: Ist diese Art Signal für einen 3,3-V-GPIO wirklich ungefährlich? Ich sehe nicht, was für den GPIO hier gefährlich sein sollte. Aber ich bin auch kein Spezialist in Elektronik und frage mich, ob der Teufel irgendwo im Detail steckt.

[Siro]

Ich habe deine Beschaltung augenscheinlich nicht verstanden. Manchmal hilft ja ein Schaltbild...
sieht das so aus ?

Anhang 35242

Siro

[Gnom67]

Doch, du hast sie völlig richtig verstanden, so wie du sie in #4 aufgezeichnet hast.

Bild hier  

[Siro]

Es könnte ein Problem geben beim Einschalten.
Wenn die 3,3 Volt eher anstehen als die 5 Volt, dann kann die LED noch nicht leitend werden und damit nicht begrenzen.
Sollte dann schon ein erhöhtes Signal am GPIO liegen gibt es keine Spannungsbegrenzung.
Meist werden die 3,3 Volt jedoch abgeleitet von den 5 Volt, also dahinter ein extra Spannungsregler,
aber das sollte man sich wirklich nochmal genau anschauen.

Wenn der Controller startet, dann sind die Eingänge meist auf Input geschaltet
und wenn dann kein Pullup oder Pulldown aktiv ist, dann "schwebt der Eingang"
Dann liegt an deinem GPIO auch eine erhöhte Spannung. Gemessen

Ist ein internen Pullup aktiviert (10K) dann begrenzt die LED auf 3 Volt, wie mein Testbrett grade zeigt.
Bei 50K Pullup auf 3,33 Volt
Bei Pulldown zeigt sich gleiches Verhalten.

Schliesse ich eine "niederohmige Quelle an den GPIO an, dann ist jeglicher Schutz verloren.
Ich habe mal ein 5 Volt Signal über 1 K eingespeist, nun steigt die Spannung am GPIO auf 4,9 Volt.

[Gnom67]

Ich kann deinen Ausführungen leider in weiten Teilen gar nicht wirklich folgen.

Was das damit zu tun hat, wann wo 3,3 oder 5 Volt anliegen, kann ich nicht nachvollziehen. Wenn die 5 V nicht anliegen, kann dem Pi doch sowieso nichts passieren. Und beide Fälle (0 Volt oder 3,3 Volt am Ausgang sind doch abgedeckt, ebenso wie die Schaltung als Eingang mit Pulldown.

Wenn der Eingang beim Einschalten "schwebt" tut er das halt. Wieso dann "eine erhöhte Spannung" anliegt, versteh ich nicht. Meine Frage ist schlicht: Gibt es einen schlüssigen Grund, warum der Eingang Schaden nehmen sollte? Wenn ein Pulldown da ist, auf keinen Fall. Ohne Pulldown...? Keine Ahnung. Das müsstest du mir dann aber genauer erklären, was genau da passieren soll.

Die Ausführungen zum Pullup sind nicht sinnvoll - warum sollte man ein active high Signal an einen Eingang mit Pullup legen? Höchstens versehentlich.
Beim Pulldown ist die Sache klar - 5 v - Diodenspannung = Eingangsspannung. Den 1-K-Widerstand muss man natürlich auch noch berücksichtigen (Spannungsteiler).

Das mit der niederohmigen Quelle versteh ich nicht. Selbstverständlich haut es mir den Eingang kaputt, wenn ich 5 V ohne Strombegrenzung an einen nicht 5-V-toleranten Eingang gebe.
Was angeschlossen wird, habe ich aber doch eindeutig vorgegeben: 5 V über 1000 Ohm und eine LED. Sonst nichts.

Die Frage ist also nach wie vor: Kann am Eingang (nicht 5-V-toleranter 3,3-V-Eingang) irgendwas kaputtgehen, wenn ich diese Anordnung aufbaue. Dabei geibt es maximal 5 Konfigurationen:
- Ausgang low (hier sehe ich keine Gefahr)
- Ausgang high (hier sehe ich keine Gefahr)
- Eingang mit Pulldown (intern oder extern - spielt meiner Meinung nach kaum eine Rolle; hier sehe ich keine Gefahr)
- Eingang mit Pullup (sinnlos - aber könnte natürlich passieren; hier sehe ich keine Gefahr)
- Eingang ohne Pullup/Pulldown (dazu hab ich noch keine wirklich feste Vorstellung)

- Zum letzten Fall sehe ich es aber so: Wenn der Widerstand des Eingangs endlich ist, müsste auch ein (extrem kleiner) Strom fließen, dann hätten wir wieder einen Spannungsteiler und den Diodenabfall, also kein Problem. Wenn der Widerstand des Einganges unendlich groß ist, fließt auch kein Strom - insofern keine Gefahr. Das Einzige, was mir da noch einfallen würde, ist, dass die 5 V sich vielleicht durch Leckströme der Diode am Eingang aufbauen können und dort eine Art kapazitive Spannung aufbauen, die irgendwie gefährlich sein kann. Aber damit kenn ich mich nun wirklich nicht aus. Letztlich ist der Eingang doch wahrscheinlich nichts anderes als das Gate eines Mosfet. Wenn der auf 3,3 V ausgelegt ist und man 5 V anlegen würde (bei extremer Spannungsbegrenzung durch die LED-Kennlinie und den Vorwiderstand), kann dann was passieren? Wie tolerant ist ein solcher Mosfet-Eingang bei extrem geringen Strömen?
Nur wie gesagt - ich bin kein Elektroniker. Deshalb die Frage: Schlummert da doch eine Gefahr?

[Moppi]

Dort hatte jemand ein Schaltbild zum GPIO.

[Gnom67]

Das Schaltbild kenn ich natürlich. Dem ist aber auch nicht viel zu entnehmen. Außer vielleicht
- Der Eingang ist ein OPV, also hochohmig.
- es gibt die bereits genannten Schutzdioden, die bei Überspannung ableiten. Jede Spannung über 3,3 V führt also zu einem Stromfluss, der wiederum den Spannungsabfall der LED zur Geltung kommen ließe, welcher wiederum die Spannung so weit drückt, dass die Schutzdioden gar nicht wirksam werden müssten... ein Kreislauf, der sich bei 3,3 V und extrem geringem Strom durch die Schutzdioden stabilisieren müsste.